钢管单面焊焊缝超声波探伤反射回波分析

柳长胜

摘 要：在对钢管单面焊对接焊缝进行超声波检测的过程中，会出现多种反射回波。本文通过对超声波检测过程中出现的各种反射回波形成原因及其静态波形和动态波形的特点进行分析，并采用X射线透照方法进行对比，论证了对反射回波分析的可行性和重要性，从而可以有效避免对反射回波的误判。

关键词：单面焊 焊缝 缺陷 反射回波

中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0244-02

超声波探伤是发现焊缝内部缺陷的有效方法，由于A型脉冲反射法超声波探伤是利用超声波在异质界面发反射、折射和波型转换的特点，在检验过程中就不可避免地会出现非缺陷引起的反射回波。发电厂的管道大多处在高温、高压的恶劣环境下，研究管道焊缝缺陷的超声波检测，对检测过程中出现的反射回波，进行正确判断，防止因误判造成不必要的返修具有重要意义。

1 检验技术条件

采用PXUT350B+全数字超声波探伤仪，2.5PK2斜探头，晶片尺寸13×13。实际检测用的探头宽度为20 mm，W2/4=100 mm，被检测的管道的规格分别为φ273×25、φ273×20和φ219×18，因此R≤W2/4。用于调整检测灵敏度的试块可以采用CSK-ⅢA，检测灵敏度φ1×6-9dB。为了保证耦合效果，采用甘油作为耦合剂。

2 检测结果

共计对发电厂的单面焊双面成形的20道管道对接焊缝进行超声波检测，其中12道焊缝检测中发现了反射回波，反射波幅较高，测量的指示长度较长。取其中的6个典型回波列于表1。

3 波形分析

从管道外侧进行单面单侧检验，增加了对反射回波产生的原因进行分析。同时对产生典型反射回波的部位进行了X射线透照，并截取了部分X射线胶片。通过对反射回波的静态波形和动态波形的分析，我们认为反射回波是由以下几种原因引起的。

3.1 未焊透缺陷引起的反射回波

未焊透有较规则的钝边，探测时有很强的端角反射波，这种反射波位于一次波的前边，探头前后移动时，波形较稳定，转动或摆动探头时，波形消失较快，水平移动探头波幅变化不大。如图1所示，坡口的钝边高度为2 mm，反射回波的深度指示应为≤T-δ，约23 mm左右。在对高压车间24#机减温减压蒸汽调节门对接焊缝进行检测时发现整条焊缝根部均有深度指示为 22.78mm的反射回波，该回波具有前述的特点，我们分析认为是未焊透缺陷引起的。X射线透照胶片显示焊缝中间有基本连续的黑线，为未焊透的影像，见图2。

3.2 密集缺陷引起的回波

密集缺陷（多数情况下为密集气孔和夹渣）为一簇反射波，其波幅随着气孔、夹渣的大小、密集程度的不同而变化，当探头作转角扫查时，会出现此起彼伏的现象。探头平行焊缝移动时，缺陷的反射波形有起伏变化。环绕扫查时，反射波有多个波峰。高压车间24#炉主蒸汽管道12#对接焊缝进行检测时发现的深度显示为17.25的反射回波具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝中有一个气孔和多个点状夹渣，见图3。

3.3 焊缝轮廓产生的反射回波

当焊缝表面与超声波的轴线声束近似垂直时，会产生反射回波。该回波在一次波的后面。由于背面焊缝高低不一致，深度指示有一点变化，有的位置回波会消失，左右移动时反射波峰变化很小，其包络波形比较圆滑。在对高压车间24#炉主蒸汽管道2#对接焊缝进行检测时发现的深度显示为18.52的反射回波具有上述特点，X射线透照胶片显示焊缝根部没有未焊透等缺陷，见图4。

3.4 错边引起的回波

钢管与阀门厚度存在偏差，钢管的椭圆度与阀门的椭圆度不一致等，管道焊接接头错口的现象就有可能发生，检测时产生较强的反射回波。错口面的凹凸不确定性，反射波的波峰上有小峰，探头左右移动时波幅的高度变化不大包络波形范围较宽，波形比较单一、变化不复杂。焊缝两侧根部母材厚度差>2 mm，在一次波后面出现反射回波。高压车间6#给水出口门对接焊缝在检测过程中发现的指示长度120 mm，深度显示16.12的反射回波具有以上得点。X射线透照胶片显示靠近阀门侧黑度较小，说明较厚，而管道侧黑度较大，说明较薄。焊缝中没有缺陷，见图5。

3.5 内凹反射波

内凹主要出现在水平固定焊口的仰焊或仰焊爬坡部位，内凹是一个近似圆弧型的曲面，对于声束入射的界面它是一个凸面，反射波是发散的，它与其它尺寸相近、埋藏深度相同的缺陷反射波相比，反射波较低，波形位置出现在根部一次波位置前一点。其反射波的深度显示值一般略小于母材厚度，内凹反射波在焊缝两侧探测，水平距离定位落点有一定间距，定位点不相互交叉，其包络波形比较圆滑。高压车间23#炉主蒸汽管4#对接焊缝在检测时发现的深度显示 18.45 mm，指示长度170 mm，波幅SL+5 dB的反射回波具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝根部存在凹陷，见图6。

3.6 探头下扩散声束产生的回波

探头中发出的超声波是扩散的，当下扩散声束与背面焊缝表面接近垂直时，会产生较强的反射回波。如图6所示，有机玻璃中的纵波倾斜入射到钢表面，折射的横波的上、下半扩散角是不同的。我们在此主要分析计算下半扩散角。

纵波在有机玻璃中的半扩散角为：

θ11°

超声波主声束在有机玻璃与钢的界面的入射角为：

α

超声波下扩散声束在有机玻璃与钢的界面的入射角为：

α2=α-θ11=49.28°-4.79°=44.49°

超声波下扩散声束在钢中的折射角为：

β2

对于厚度为20mm的钢管，扩散声束在钢中的声程为：

L=

由于超声波探伤仪是按探头轴线声束最大回波调节的，当下扩散声束AB（与声程L对应）与背面焊缝表面垂直时，反射回波被探头接收，仪器的深度显示值应为35.53÷2=17.77mm，我们会认为是轴线声束AC的反射回波。该回波在距背面2 mm左右的在焊缝熔合线附近，由于焊缝表面凸凹不平，由于背面焊缝高低不一致，平行于焊缝移动探头，深度显示值会有变化，有的位置回波会消失，其包络波形比较圆滑，反射波幅不高。这种回波经常会被误判为未熔合缺陷产生的反射波。高压车间24#炉主蒸汽管道6#对接焊缝在检测时发现的深度显示18.13 mm，指示长度130 mm，波幅SL+7dB的反射回波，具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝中间根部焊缝较高，没有未熔合等缺陷，见图8。

4 结论

采用缺陷波形识别与分析方法，对反射回波的静态波形和动态波形进行综合分析判断。可以比较准确的判断大径管焊口根部的缺陷类型。

焊缝根部出现的反射波很多，单凭缺陷波的某些特征来判定其性质是比较片面的，还必须在探测前了解焊接接头坡口型式、焊接工艺、方法特点、热处理状态等，加以综合分析判定。

对不能准确判定是否为缺陷回波的反射回波，可以采用更换探头，变更不同的K值得办法进行检测、以便进一步分析、判断。

对不能准确判定的反射回波，应采用X射线透照等方法对缺陷进行确认。

参考文献

[1] 超声检测.中国特种设备检验协会组织编写.

[2] JB/T4730-2005.承压设备无损检测.

[3] DL/T820-2002.管道焊接接头超声波检验技术规程.endprint

摘 要：在对钢管单面焊对接焊缝进行超声波检测的过程中，会出现多种反射回波。本文通过对超声波检测过程中出现的各种反射回波形成原因及其静态波形和动态波形的特点进行分析，并采用X射线透照方法进行对比，论证了对反射回波分析的可行性和重要性，从而可以有效避免对反射回波的误判。

关键词：单面焊 焊缝 缺陷 反射回波

中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0244-02

超声波探伤是发现焊缝内部缺陷的有效方法，由于A型脉冲反射法超声波探伤是利用超声波在异质界面发反射、折射和波型转换的特点，在检验过程中就不可避免地会出现非缺陷引起的反射回波。发电厂的管道大多处在高温、高压的恶劣环境下，研究管道焊缝缺陷的超声波检测，对检测过程中出现的反射回波，进行正确判断，防止因误判造成不必要的返修具有重要意义。

1 检验技术条件

采用PXUT350B+全数字超声波探伤仪，2.5PK2斜探头，晶片尺寸13×13。实际检测用的探头宽度为20 mm，W2/4=100 mm，被检测的管道的规格分别为φ273×25、φ273×20和φ219×18，因此R≤W2/4。用于调整检测灵敏度的试块可以采用CSK-ⅢA，检测灵敏度φ1×6-9dB。为了保证耦合效果，采用甘油作为耦合剂。

2 检测结果

共计对发电厂的单面焊双面成形的20道管道对接焊缝进行超声波检测，其中12道焊缝检测中发现了反射回波，反射波幅较高，测量的指示长度较长。取其中的6个典型回波列于表1。

3 波形分析

从管道外侧进行单面单侧检验，增加了对反射回波产生的原因进行分析。同时对产生典型反射回波的部位进行了X射线透照，并截取了部分X射线胶片。通过对反射回波的静态波形和动态波形的分析，我们认为反射回波是由以下几种原因引起的。

3.1 未焊透缺陷引起的反射回波

未焊透有较规则的钝边，探测时有很强的端角反射波，这种反射波位于一次波的前边，探头前后移动时，波形较稳定，转动或摆动探头时，波形消失较快，水平移动探头波幅变化不大。如图1所示，坡口的钝边高度为2 mm，反射回波的深度指示应为≤T-δ，约23 mm左右。在对高压车间24#机减温减压蒸汽调节门对接焊缝进行检测时发现整条焊缝根部均有深度指示为 22.78mm的反射回波，该回波具有前述的特点，我们分析认为是未焊透缺陷引起的。X射线透照胶片显示焊缝中间有基本连续的黑线，为未焊透的影像，见图2。

3.2 密集缺陷引起的回波

密集缺陷（多数情况下为密集气孔和夹渣）为一簇反射波，其波幅随着气孔、夹渣的大小、密集程度的不同而变化，当探头作转角扫查时，会出现此起彼伏的现象。探头平行焊缝移动时，缺陷的反射波形有起伏变化。环绕扫查时，反射波有多个波峰。高压车间24#炉主蒸汽管道12#对接焊缝进行检测时发现的深度显示为17.25的反射回波具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝中有一个气孔和多个点状夹渣，见图3。

3.3 焊缝轮廓产生的反射回波

当焊缝表面与超声波的轴线声束近似垂直时，会产生反射回波。该回波在一次波的后面。由于背面焊缝高低不一致，深度指示有一点变化，有的位置回波会消失，左右移动时反射波峰变化很小，其包络波形比较圆滑。在对高压车间24#炉主蒸汽管道2#对接焊缝进行检测时发现的深度显示为18.52的反射回波具有上述特点，X射线透照胶片显示焊缝根部没有未焊透等缺陷，见图4。

3.4 错边引起的回波

钢管与阀门厚度存在偏差，钢管的椭圆度与阀门的椭圆度不一致等，管道焊接接头错口的现象就有可能发生，检测时产生较强的反射回波。错口面的凹凸不确定性，反射波的波峰上有小峰，探头左右移动时波幅的高度变化不大包络波形范围较宽，波形比较单一、变化不复杂。焊缝两侧根部母材厚度差>2 mm，在一次波后面出现反射回波。高压车间6#给水出口门对接焊缝在检测过程中发现的指示长度120 mm，深度显示16.12的反射回波具有以上得点。X射线透照胶片显示靠近阀门侧黑度较小，说明较厚，而管道侧黑度较大，说明较薄。焊缝中没有缺陷，见图5。

3.5 内凹反射波

内凹主要出现在水平固定焊口的仰焊或仰焊爬坡部位，内凹是一个近似圆弧型的曲面，对于声束入射的界面它是一个凸面，反射波是发散的，它与其它尺寸相近、埋藏深度相同的缺陷反射波相比，反射波较低，波形位置出现在根部一次波位置前一点。其反射波的深度显示值一般略小于母材厚度，内凹反射波在焊缝两侧探测，水平距离定位落点有一定间距，定位点不相互交叉，其包络波形比较圆滑。高压车间23#炉主蒸汽管4#对接焊缝在检测时发现的深度显示 18.45 mm，指示长度170 mm，波幅SL+5 dB的反射回波具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝根部存在凹陷，见图6。

3.6 探头下扩散声束产生的回波

探头中发出的超声波是扩散的，当下扩散声束与背面焊缝表面接近垂直时，会产生较强的反射回波。如图6所示，有机玻璃中的纵波倾斜入射到钢表面，折射的横波的上、下半扩散角是不同的。我们在此主要分析计算下半扩散角。

纵波在有机玻璃中的半扩散角为：

θ11°

超声波主声束在有机玻璃与钢的界面的入射角为：

α

超声波下扩散声束在有机玻璃与钢的界面的入射角为：

α2=α-θ11=49.28°-4.79°=44.49°

超声波下扩散声束在钢中的折射角为：

β2

对于厚度为20mm的钢管，扩散声束在钢中的声程为：

L=

由于超声波探伤仪是按探头轴线声束最大回波调节的，当下扩散声束AB（与声程L对应）与背面焊缝表面垂直时，反射回波被探头接收，仪器的深度显示值应为35.53÷2=17.77mm，我们会认为是轴线声束AC的反射回波。该回波在距背面2 mm左右的在焊缝熔合线附近，由于焊缝表面凸凹不平，由于背面焊缝高低不一致，平行于焊缝移动探头，深度显示值会有变化，有的位置回波会消失，其包络波形比较圆滑，反射波幅不高。这种回波经常会被误判为未熔合缺陷产生的反射波。高压车间24#炉主蒸汽管道6#对接焊缝在检测时发现的深度显示18.13 mm，指示长度130 mm，波幅SL+7dB的反射回波，具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝中间根部焊缝较高，没有未熔合等缺陷，见图8。

4 结论

采用缺陷波形识别与分析方法，对反射回波的静态波形和动态波形进行综合分析判断。可以比较准确的判断大径管焊口根部的缺陷类型。

焊缝根部出现的反射波很多，单凭缺陷波的某些特征来判定其性质是比较片面的，还必须在探测前了解焊接接头坡口型式、焊接工艺、方法特点、热处理状态等，加以综合分析判定。

对不能准确判定是否为缺陷回波的反射回波，可以采用更换探头，变更不同的K值得办法进行检测、以便进一步分析、判断。

对不能准确判定的反射回波，应采用X射线透照等方法对缺陷进行确认。

参考文献

[1] 超声检测.中国特种设备检验协会组织编写.

[2] JB/T4730-2005.承压设备无损检测.

[3] DL/T820-2002.管道焊接接头超声波检验技术规程.endprint

摘 要：在对钢管单面焊对接焊缝进行超声波检测的过程中，会出现多种反射回波。本文通过对超声波检测过程中出现的各种反射回波形成原因及其静态波形和动态波形的特点进行分析，并采用X射线透照方法进行对比，论证了对反射回波分析的可行性和重要性，从而可以有效避免对反射回波的误判。

关键词：单面焊 焊缝 缺陷 反射回波

中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0244-02

超声波探伤是发现焊缝内部缺陷的有效方法，由于A型脉冲反射法超声波探伤是利用超声波在异质界面发反射、折射和波型转换的特点，在检验过程中就不可避免地会出现非缺陷引起的反射回波。发电厂的管道大多处在高温、高压的恶劣环境下，研究管道焊缝缺陷的超声波检测，对检测过程中出现的反射回波，进行正确判断，防止因误判造成不必要的返修具有重要意义。

1 检验技术条件

采用PXUT350B+全数字超声波探伤仪，2.5PK2斜探头，晶片尺寸13×13。实际检测用的探头宽度为20 mm，W2/4=100 mm，被检测的管道的规格分别为φ273×25、φ273×20和φ219×18，因此R≤W2/4。用于调整检测灵敏度的试块可以采用CSK-ⅢA，检测灵敏度φ1×6-9dB。为了保证耦合效果，采用甘油作为耦合剂。

2 检测结果

共计对发电厂的单面焊双面成形的20道管道对接焊缝进行超声波检测，其中12道焊缝检测中发现了反射回波，反射波幅较高，测量的指示长度较长。取其中的6个典型回波列于表1。

3 波形分析

从管道外侧进行单面单侧检验，增加了对反射回波产生的原因进行分析。同时对产生典型反射回波的部位进行了X射线透照，并截取了部分X射线胶片。通过对反射回波的静态波形和动态波形的分析，我们认为反射回波是由以下几种原因引起的。

3.1 未焊透缺陷引起的反射回波

未焊透有较规则的钝边，探测时有很强的端角反射波，这种反射波位于一次波的前边，探头前后移动时，波形较稳定，转动或摆动探头时，波形消失较快，水平移动探头波幅变化不大。如图1所示，坡口的钝边高度为2 mm，反射回波的深度指示应为≤T-δ，约23 mm左右。在对高压车间24#机减温减压蒸汽调节门对接焊缝进行检测时发现整条焊缝根部均有深度指示为 22.78mm的反射回波，该回波具有前述的特点，我们分析认为是未焊透缺陷引起的。X射线透照胶片显示焊缝中间有基本连续的黑线，为未焊透的影像，见图2。

3.2 密集缺陷引起的回波

密集缺陷（多数情况下为密集气孔和夹渣）为一簇反射波，其波幅随着气孔、夹渣的大小、密集程度的不同而变化，当探头作转角扫查时，会出现此起彼伏的现象。探头平行焊缝移动时，缺陷的反射波形有起伏变化。环绕扫查时，反射波有多个波峰。高压车间24#炉主蒸汽管道12#对接焊缝进行检测时发现的深度显示为17.25的反射回波具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝中有一个气孔和多个点状夹渣，见图3。

3.3 焊缝轮廓产生的反射回波

当焊缝表面与超声波的轴线声束近似垂直时，会产生反射回波。该回波在一次波的后面。由于背面焊缝高低不一致，深度指示有一点变化，有的位置回波会消失，左右移动时反射波峰变化很小，其包络波形比较圆滑。在对高压车间24#炉主蒸汽管道2#对接焊缝进行检测时发现的深度显示为18.52的反射回波具有上述特点，X射线透照胶片显示焊缝根部没有未焊透等缺陷，见图4。

3.4 错边引起的回波

钢管与阀门厚度存在偏差，钢管的椭圆度与阀门的椭圆度不一致等，管道焊接接头错口的现象就有可能发生，检测时产生较强的反射回波。错口面的凹凸不确定性，反射波的波峰上有小峰，探头左右移动时波幅的高度变化不大包络波形范围较宽，波形比较单一、变化不复杂。焊缝两侧根部母材厚度差>2 mm，在一次波后面出现反射回波。高压车间6#给水出口门对接焊缝在检测过程中发现的指示长度120 mm，深度显示16.12的反射回波具有以上得点。X射线透照胶片显示靠近阀门侧黑度较小，说明较厚，而管道侧黑度较大，说明较薄。焊缝中没有缺陷，见图5。

3.5 内凹反射波

内凹主要出现在水平固定焊口的仰焊或仰焊爬坡部位，内凹是一个近似圆弧型的曲面，对于声束入射的界面它是一个凸面，反射波是发散的，它与其它尺寸相近、埋藏深度相同的缺陷反射波相比，反射波较低，波形位置出现在根部一次波位置前一点。其反射波的深度显示值一般略小于母材厚度，内凹反射波在焊缝两侧探测，水平距离定位落点有一定间距，定位点不相互交叉，其包络波形比较圆滑。高压车间23#炉主蒸汽管4#对接焊缝在检测时发现的深度显示 18.45 mm，指示长度170 mm，波幅SL+5 dB的反射回波具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝根部存在凹陷，见图6。

3.6 探头下扩散声束产生的回波

探头中发出的超声波是扩散的，当下扩散声束与背面焊缝表面接近垂直时，会产生较强的反射回波。如图6所示，有机玻璃中的纵波倾斜入射到钢表面，折射的横波的上、下半扩散角是不同的。我们在此主要分析计算下半扩散角。

纵波在有机玻璃中的半扩散角为：

θ11°

超声波主声束在有机玻璃与钢的界面的入射角为：

α

超声波下扩散声束在有机玻璃与钢的界面的入射角为：

α2=α-θ11=49.28°-4.79°=44.49°

超声波下扩散声束在钢中的折射角为：

β2

对于厚度为20mm的钢管，扩散声束在钢中的声程为：

L=

由于超声波探伤仪是按探头轴线声束最大回波调节的，当下扩散声束AB（与声程L对应）与背面焊缝表面垂直时，反射回波被探头接收，仪器的深度显示值应为35.53÷2=17.77mm，我们会认为是轴线声束AC的反射回波。该回波在距背面2 mm左右的在焊缝熔合线附近，由于焊缝表面凸凹不平，由于背面焊缝高低不一致，平行于焊缝移动探头，深度显示值会有变化，有的位置回波会消失，其包络波形比较圆滑，反射波幅不高。这种回波经常会被误判为未熔合缺陷产生的反射波。高压车间24#炉主蒸汽管道6#对接焊缝在检测时发现的深度显示18.13 mm，指示长度130 mm，波幅SL+7dB的反射回波，具有上述特点。X射线透照胶片显示焊缝中间根部焊缝较高，没有未熔合等缺陷，见图8。

4 结论

采用缺陷波形识别与分析方法，对反射回波的静态波形和动态波形进行综合分析判断。可以比较准确的判断大径管焊口根部的缺陷类型。

焊缝根部出现的反射波很多，单凭缺陷波的某些特征来判定其性质是比较片面的，还必须在探测前了解焊接接头坡口型式、焊接工艺、方法特点、热处理状态等，加以综合分析判定。

对不能准确判定是否为缺陷回波的反射回波，可以采用更换探头，变更不同的K值得办法进行检测、以便进一步分析、判断。

对不能准确判定的反射回波，应采用X射线透照等方法对缺陷进行确认。

参考文献

[1] 超声检测.中国特种设备检验协会组织编写.

[2] JB/T4730-2005.承压设备无损检测.

[3] DL/T820-2002.管道焊接接头超声波检验技术规程.endprint